1、毕业论文文献综述生物工程脉冲强光杀菌研究概述摘要脉冲强光技术是一种利用瞬间放电的脉冲工程技术和特殊的惰性气体灯管，以脉冲形式激发强烈的白光，光谱分布近似太阳光，光强度相当于到达地球表面太阳光强度的数千乃至数万倍的一种世界领先的光源技术。脉冲强光冷杀菌技术利用脉冲产生的强光照射待杀菌食品等物质以达到低温杀菌的效果。关键词冷杀菌；脉冲；白酒杀菌；强光脉冲强光杀菌是一种新型冷杀菌技术,因使用高强度的短时宽光谱带白光对食品杀菌,所以在杀菌和对食品进行保鲜的同时能很好地保持食品的营养成分和口味不发生变化,且无有害物质残留。脉冲强光杀菌技术在处理食品时,还具有杀菌时间短、经济可行等特点。目前,我国对脉冲强
2、光杀菌装置的研究还处于实验室阶段,已进行的试验表明该项技术具有良好的杀菌效果,但是有关脉冲强光杀菌的影响因素和使用范围的研究还不是十分明确。1脉冲强光技术的研究现状20世纪90年代初，美国圣地亚哥纯脉冲技术研究所推出了一项有望取代传统的物理和化学杀菌手段的专利新技术，它利用瞬时、高强度的脉冲光能量，可有效杀灭暴露在食品和包装材料表面的微生物以及食品中的内源酶。其中包括细菌、霉菌、孢子、病毒、原生质、休眠孢子等。这种商品名为“纯亮”PUREBRIGHTTM的脉冲强光杀菌新技术在食品、医药及包装材料上的应用已获得美国FDA的批准。脉冲强光可以钝化无菌加工过程中使用的包装材料、流态食品、固态食品上的
3、微生物，如鱼、肉制品和焙烤食品等。PUREBRIGHTTM系统可以减少微生物数量达9个对数。美国肉协组织声明，PUREBRIGHTTM可以作为一种处理系统，与醋酸喷淋或热水烫等方法联合使用，来减少动物鲜肉上的病原体。把商业制作干酪用的凝乳接种上假单胞菌，置于强度16JCM2、脉冲周期为05MS的强光下。闪光两次后，可生长发育的微生物数减少了15个对数。凝乳表面最靠近光源的部分，温度上升5。专业晶评人员进行感官指标鉴定，发现用此方法处理，不影响奶酪的口味。食品脉冲强光杀菌技术，可以和其他卫生保护方法结合起来使用。如高压水冲洗与脉冲强光杀菌结合，能够减少鱼体组织表面的适冷细菌和大肠杆菌，减少量为3
4、个对数。经此处理的鱼冷藏15天后，感官指标仍然符合标准。草莓涂上蜡膜，置于能量强度05JCM2、周期03MS、重复率为每秒1个脉冲的脉冲强光下，处理4个脉冲或闪光。常温常压下保存2周后，草莓表面没有出现霉菌生长现象。此方法首先在食品表面加上一层透光的固态可食膜，之后用光照射，钝化其表面的微生物，以提高易腐固态食品货架期。这种方法已经获得专利。物质表面或允许光通过的透明介质，比如水中的微生物细菌、孢子和病毒可以被脉冲强光大量钝化。这种技术，已经被人们验证。其应用包括城市用水的处理，废水处理、带包装的饮用水包装线、包装中和包装后的处理。2脉冲强光技术原理脉冲强光技术及特点脉冲强光是一种高强度、宽光
5、谱的白色闪光，是利用广谱“白”光的密集、短周期脉冲进行处理产生的。目前主要用于包装材料表面、包装和加工设备、食品、医疗器械以及其他物质表面杀菌或用来减少微生物数目，可显著延长产品货架期，是一种有效、经济和安全的杀菌新技术。该技术很适合可用于食品无菌加工中的包装材料表面、包装和加工设备、食品、医疗器械以及其他物质表面的无菌加工。脉冲强光处理产生的热量很少，光化学和光热力学机制共同作用下，钝化微生物。脉冲强光对食品中的营养成分几乎没有影响，脉冲强光必需的能量，与热力和其他非热加工方法所需能量比较也是较少的。利用短周期脉冲强光技术对包装材料和透明膜包装的食品灭菌，是一种极具有吸引力的处理方法。脉冲光
6、中起杀菌作用的波段可能是紫外光,其它波段起协同作用。由于细菌、酵母菌等微生物都是由水、蛋白质、碳水化合物、脂肪和无机物等复杂化合物构成的一种凝聚态物质。脉冲强光有一定的穿透性,当闪照时,脉冲强光作用于其活性结构上,使蛋白质发生变性,从而使细胞失去生物活性,达到杀菌的目的。3脉冲强光设备31脉冲强光设备结构脉冲强光杀菌装置主要由动力单元、惰性气体灯单元及单片机控制单元三部分组成。输入的市电经升压变压器,变为数千伏特的高压,经整流给电容器充电,施加在惰性气体灯的两端,当灯两端的电压达到预定的电压后,高压脉冲发生器产生一个仅持续数微秒的高压脉冲,使灯内的惰性气体导通,而放电闪光。随着灯的闪光,原来加
7、在灯两端的高压也随之迅速下降,此时,电容器又开始充电为灯的下一次闪光积蓄能量,周而复始,直到达到所要求的闪光次数为止。可以改变的参数包括输入电压、闪光间隔、闪照次数、高压脉冲触发宽度、受照射物体离光源的距离等参数。通过改变输入电压或闪光间隔即可改变灯两端的放电电压。其中,输入电压、闪光间隔、闪照次数、高压脉冲宽度等参数皆可按实验要求输入单片机,让其自动调节、控制完成。另外单片机还可按要求控制测量闪光脉冲的宽度、杀菌室内的温度等参数。32影响杀菌效果的组要参数影响因素影响脉冲强光杀菌效果的主要因素有闪照次数、食品包装材料透光性、菌液原始浓度及输入电压等，其中闪光次数影响最大，闪光间隔影响较小。一
8、般来说，食品或包装材料处理L一20个高强度、短周期脉冲强光。每次脉冲的短周期性使得脉冲强光带来的致命效应仅仅达到物质表面的一薄层。灯数量、闪光布局格式以及脉冲率，取决于产品种类和处理要求。如果光强度或脉冲数量、周期较大，产品温度的升高量会比人们期望的值高。光强度应该达到能把产品上厚度小于10M的表层至少加热到50100。而且，加热位置应限于表层，而不会显著提高内部温度。脉冲数量和总能量应该有个极限，使得光脉冲处理后10S内，产品表面温度低于50一100。虽然脉冲强光处理的产品会产生热量，但是与热处理所需热量相比，它要少得多。食品放于具有足够透明度的包装材料中后，采用合适的光谱进行脉冲强光杀菌。
9、在一个预设的低于320NM的波长范围内的光能量，至少有10一50可以被包装材料传播。33现有脉冲强光杀菌设备图表1是一个无菌包装设备，此设备包括用一系列辊轮支撑的包装材料，且包装材料从增吸收剂溶液中通过。包装材料包含一个或多个内层膜，其外封层浸入增吸收剂中。被处理物质表面不透明或光吸收系数很小时，人们就得使用增吸收剂。增吸收剂使用方法包括把含试剂粉喷涂到材料表面，或把试剂溶解成液态再蒸发试剂到包装材料表面。一种恰当的增吸收剂会在期望光谱波长处，显示出很大的光吸收系数。虽然处理过程中，增吸收剂可以被完全清理掉，但是食品和医疗器械在加工时，要求使用可食用增吸收剂。增吸收剂在细胞表面是选择性吸收的光
10、敏性指示剂，如染色剂、对PH敏感或氧化势能敏感的物质。脉冲强光处理过程中，一些染色剂的吸收系数发生变化。美国FDA认同的颜色，如洋红、3红色染料、灰绿、黑红以及它们的混合物，可以用作增吸收剂。天然油或烹调油也可以用作增吸收剂。2种或3种具有不同最大吸收值的组分组成的混合物，可以增加对期望光谱的吸收性。使用增吸收剂，也可以增加脉冲强光周期。长周期脉冲强光杀菌效果和短周期脉冲强光一样，只不过光中紫外光所占成分略小。紫外光的量的减少，可以提高闪光灯寿命。辊轮会除去包装材料表面多余的吸收剂。最后，封口装置把这层包装薄膜封成径向封门的管状包装。图表一图表二描述的是一种可以用泵输送的食品，如水、果汁的灭菌
11、装置。装置包含一个具有反射特性的圆柱状封闭套，它被称作处理室。液体食品从这个环绕一个脉冲强光源的处理室内通过一个流体泵，根据脉冲重复率，控制食品通过处理室的流速，使得食品能处于选定脉冲量下。处理室可以设计成带有1个反射器组合成的内壁或外壁，把照射光反射回来，再次通过食品。水、空气等流体相对容易透光，造成光流强度衰减极小甚至无衰减。但是，具有很强吸收能力的流体，会大大减缩光流强度。因此，必须使整个处理区的光强密度，至少保持加工所需最小光强密度，而且需要混合物料，确保所有流体都能处于恰当的光强密度下。图表二4展望PUREPULSE研究所等食品公司与一些国际性食品包装和机械公司曾合作检验PUREBR
12、IGHTTM的可靠性，得到的结果是令人满意的，脉冲强光有望取代过氧化氢成为包装材料的主要杀菌手段。1993年PUREBRIGHTTM在欧洲进行了二级试验，已经有食品公司在无菌牛奶、饮料生产线上应用这一杀菌工艺。就啤酒而言，长期以来，由于啤酒中含有各种酶以及微生物，生产过程中不可避免的使用热力技术以达到杀菌灭酶的作用，传统制取高度生物稳定性啤酒均采取巴氏杀菌的方法，这种灭菌方法效果好，保存期长，适合远距离运输。但经过巴氏杀菌后，啤酒将丧失新鲜的口感，对其营养成分破坏较大，耗能也较大。因此，针对啤酒发酵液灭菌常用方法中所存在的技术问题特提出啤酒发酵液的低温灭菌方法。采用脉冲强光杀菌技术对啤酒进行杀
13、菌，具有灭菌效果好、营养保持更充分、口感更佳、能量消耗更低的特点，是优质高效的技术工艺。啤酒有比较高的透光率，如果可以将脉冲强光冷杀菌技术应用于啤酒白酒工业，将会极大的降低成本节约能源。脉冲强光杀菌是一种表面杀菌技术,它在杀菌和对食品进行保鲜的同时能很好地保持食品的营养成分和风味不发生变化,且无有害物质残留。同时,脉冲强光杀菌技术在处理食品时所需要的费用也不高。由于这些优点,再加上科学技术的发展,脉冲强光杀菌技术将具有广泛的发展前景。参考文献1周万龙,任赛玉等脉冲强光杀菌对食品成分的影响及保鲜研究J深圳大学学报,1997,20481842宋纪蓉,徐抗震,曹炜等高等学校教材食品工程技术原理J化学
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